数控机床加工过程的恒负荷控制是一种极具理论意义和工程价值的研究。控制方法的核心是以实时调整加工参数来抵消加工过程中负荷的随机波动,在一定的范围内尽量使之维持恒定。实现这种控制的难点之一在于加工负荷的实时提取,通常采用的方法是切削负荷的直接在线测量,但实际应用中直接测量方法是困难的、不现实的; 实现恒负荷加工控制的另一个难点在于如何准确地给出调整量。本文研究了基于主轴电机电流在线检测间接获取切削负荷的方法,并以此为基础提出了基于模型的直接逆控制策略,即根据事先建立好的“电流-切削用量”映射模型,以及实时监测所得到的主轴电机电流的波动,直接给出需要调整的进给修调量,达到改变切削负荷的目的,从而实现了数控机床加工过程的恒负荷控制。该方法的应用不仅可以提高加工精度,而且可以充分发挥机床的潜力,提升加工效率,并可以在一定程度上实现刀具的自动保护功能,提高系统的安全性。本文的研究成果是国家863 项目“数控机床误差智能补偿装置”课题的一个重要组成部分,所开发的控制系统原型已通过863 专家组的验收。主要完成工作如下: 1)主轴电流信号特征提取的研究深入分析了加工负荷和主轴电流信号,在此基础上提出了平稳切削过程的标准负荷信号提取方法,针对动态切削过程对该方法进行了改进并应用于加工控制。2)恒负荷加工控制策略的研究提出了基于模型的直接逆控制策略,并对被控对象的模型及其辨识方法进行了深入研究与数据分析,论证了该方法的可行性,应用到系统中。3)恒负荷加工控制系统的开发与实现在理论研究的基础上设计开发了一套完备的控制系统,该系统不仅可以用于加工控制还可以用于分析研究,包含了一个数据库子系统,可管理各种参数。最后,在实际加工中验证了该系统的性能,并获得了中南国家计量测试中心的认证。